## RANCANG BANGUN MESIN PENGEPRES SAMPAH RUMAH TANGGA UNTUK BAHAN BIOBRIKET KAPASITAS 250 KG/JAM
1 Reza Setiawan, 2 Purnawan
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
2 Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Pendidikan Teknologi dan Kejuruan, Universitas Pendidikan Indonesia
1 reza.setiawan@staff.unsika.ac.id, 2 purnawan@upi.edu

## I. P ENDAHULUAN
Sampah  adalah  suatu  bahan  yang  terbuang  atau  dibuang dari  sumber  hasil  aktivitas  manusia  yang  belum  memiliki  nilai ekonomis. Sumber-sumber sampah antara lain berasal dari rumah tangga,  pertanian,  perkantoran,  perusahaan,  rumah  sakit  dan pasar. Secara umum, jenis sampah dapat dibagi dua yaitu sampah organik  (biasa  disebut  sebagai  sampah  basah)  dan  sampah anorganik (sampah kering). Sampah basah adalah  sampah  yang berasal  dari  makhluk  hidup,  seperti  daun-daunan  dan  sampah dapur.  Sampah  jenis  ini  dapat  terdegradasi  (membusuk/hancur) secara  alami.  Sebaliknya  dengan  sampah  kering,  seperti  kertas, plastik  dan  kaleng.  Sampah  jenis  ini  tidak  dapat  terdegradasi secara  alami.  Pada  umumnya,  sebagian  besar  sampah  yang dihasilkan  di  Indonesia  merupakan  sampah  basah,  yaitu mencakup 60-70% dari total volume sampah [1]. Beberapa cara penanggulangan sampah yang telah dilakukan sampai saat ini [2] diantaranya : (a) Penumpukan, cara ini sebenarnya sampah tidak dimusnahkan  secara  langsung,  namun  dibiarkan  membusuk menjadi  bahan  organik.  Metode  penumpukan  bersifat  murah, sederhana,  tetapi  menimbulkan  resiko  karena  terjangkitnya penyakit  menular,  menyebabkan  pencemaran,  terutama  bau, kotoran  dan  sumber  penyakit  dana  badan-badan  air;  (b) Pengkomposan,  cara  pengkomposan  merupakan  cara  sederhana dan dapat menghasilkan pupuk yang mempunyai nilai ekonomi, namun membutuhkan waktu yang cukup lama; (c) Pembakaran, cara ini dapat dilakukan hanya untuk sampah yang dapat dibakar habis  dan  harus  diusahakan  jauh  dari  pemukiman  untuk menghindari pencemaran asap, bau dan kebakaran; (d) Sanitary Landfill ,  cara  ini  hampir  sama  dengan  pemupukan,  tetapi cekungan yang telah penuh terisi sampah ditutupi tanah, namun cara ini memerlukan areal khusus yang sangat luas.
Salah  satu  alternatif  untuk  menyelesaikan  permasalahan tersebut adalah membuat biobriket berbahan baku sampah. Bahan pembuatan biobriket banyak dihasilkan dari sektor rumah tangga. Sampah  yang  dijadikan  biobriket  tersebut  selain  dapat
mengurangi  penumpukan  sampah  yang  tidak  digunakan  tetapi juga dapat dibuat barang yang memiliki nilai ekonomis. Biobriket yang dibuat tersebut akan dapat pula memecahkan permasalahan masyarakat seperti untuk penggunaan bahan bakar pada industri- industri kecil dan menengah serta dapat menyerap tenaga kerja di lingkungan tersebut. Memang upaya penggunaan sampah sebagai biobriket tidak akan dapat menyelesaikan permasalahan sampah secara keseluruhan, namun upaya ini merupakan salah satu cara yang  cukup  tepat  untuk  menanggulangi  sampah  di  Kota Bandung.  Pembuatan  biobriket  saat  ini  masih  belum  optimal karena  peralatan  yang  digunakan  saat  ini  belum  sepenuhnya mengimbangi jumlah sampah yang ada. Hal tersebut disebabkan karena  metode,  proses  dan  kelengkapan  peralatan  yang dibutuhkan belum baik. Mesin pengepres yang dijual di pasaran belum  memadai  untuk  keinginan  mengepres  sebagai  bahan biobriket.  Mesin  pengepres  yang  sudah  ada  masih  bertujuan mengepres  sampah  untuk  menurunkan  kadar  air  dengan menggunakan  sistem  hidrolik.  Tidak  hanya  itu  harga  mesin pengepres sampah yang ditawarkan di pasaran pun cukup tinggi yaitu  30  juta  rupiah  untuk  satu  unitnya.  Oleh  karena  itu, pembuatan  instalasi  pengolah  sampah  rumah  tangga  ini  sangat diperlukan untuk menyelesaikan masalah yang terjadi.

## A.   Biobriket
Biobriket adalah bahan mampu terurai menjadi komponen- komponen yang tidak menimbulkan polusi terhadap lingkungan [3].  Berdasarkan  definisi  tersebut  dapat  dikatakan  bahwa biobriket mempunyai sifat ramah lingkungan. Proses pembakaran biobriket dapat dilakukan secara sempurna karena menggunakan perekat yang cocok. Selanjutnya [4] menyatakan bahwa biobriket adalah  briket  yang  dibuat  dari  bahan  biomassa  atau  limbah biomassa.  Pada  dasarnya,  briket  merupakan  bahan  bakar  padat dengan  dimensi  tertentu  yang  seragam,  diperoleh  dari  hasil pengempaan  bahan  berbentuk  curah,  serbuk,  berukuran  relatif

## I N F O  A R T I K E L
Diterima : 9 Juni 2017 Direvisi : 7 Juli 2017 Disetujui : 25 Juli 2017
Kata Kunci : Sampah, Air, Screw Press , Mesin

## A B S T R A K
Diantara  alternatif  untuk  menangani  masalah  sampah  rumah  tangga  adalah  dengan  mengolahnya menjadi  biobriket.  Kandungan  air  yang  tinggi  pada  sampah  rumah  tangga  mencapai  70%  perlu direduksi agar sampah dapat dicampur dengan bahan lain. Tujuan rancang bangun ini adalah untuk membuat  desain  dan  mesin  pengepres  sampah  dengan  sistem screw  press .  Perancangan menggunakan metode penelitian dan pengembangan meliputi proses studi pendahuluan, pembuatan dan  pengembangan  desain,  pembuatan  dan  perakitan  mesin,  uji  coba  dan  evaluasi.  Melalui perancangan  ini  telah  dihasilkan  desain  dan  mesin  pengepres  sampah  dengan  sistem screw  press kapasitas 250 kg/jam, dimensi 1000 x 620 x 825 mm, mesin digerakan menggunakan motor listrik berdaya 1,1 kW dengan putaran 1420 rpm
kecil,  atau  tidak  beraturan,  sehingga  sulit  digunakan  sebagai bahan  bakar  dalam  bentuk  aslinya  [3].  Manfaat  penggunaan briket limbah biomassa antara lain : (a) biaya bahan bakar lebih murah; (b) tungku dapat digunakan untuk berbagai  jenis  briket; (c)  lebih  ramah  lingkungan  ( green  energy );  (d)  merupakan sumber  energi  terbarukan  ( renewable  energy );  (e)  membantu mengatasi  masalah  limbah  dan  menekan  biaya  pengelolaan limbah.
Pada  kenyataannya,  briket  yang  sering  dijual  di  pasaran sekarang ini berbahan baku biomassa. Biomassa yang digunakan diperoleh  dari  hasil  pertanian,  seperti  limbah  hasil  industri pertanian.  Biomassa  sendiri  merupakan  bahan  biologis  yang hidup atau baru mati yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar. Biomassa dapat digunakan secara langsung maupun tidak langsung.  Dalam  penggunaan  tidak  angsung,  biomassa  diolah menjadi  bahan  bakar.  Contohnya,  kelapa  sawit  yang  diolah terlebih  dahulu  menjadi  biodiesel  untuk  kemudian  digunakan sebagai  bahan  bakar.  Tahapan  pembuatan  biobriket  secara manual terlihat pada Gambar 1 berikut ini.
Pembuatan biobriket dapat menghasilkan produk biobriket dengan  berbagai  hasil.  Perbedaan  ini  terlihat  dari  jenis  bahan baku,  kadar  air  bahan  baku  [4],  kekuatan  tekanan  dalam pemgempaan  [4].  Semakin  tinggi  kadar  air,  kekuaran  dari biobriket semakin lemah (Tabel 1). Semakin tinggi tekanan yang diberikan,maka kekuatan dari briket akan semakin besar dan nilai kalor  serta  densitas  juga  bertambah  (Gambar  2),  namun  laju pembakaran berkurang (Gambar 3).
Limbah Pengeringan Karbonisasi Sortasi Penggilingan Pencampuran Densifikasi Pengeringan Lem Perekat Pembersihan Briket Gambar 1 Flowchart pembuatan biobriket [4]
T ABEL I HUBUNGAN KADAR AIR DAN KEKUATAN BIOBRIKET [4]
Moisture Content (%) Shatter Index Compressive Strength (MPa) Water Resistance (menit) 10 5195 11,8 9 15 5026 17,6 4 20 3347 11,7 4 30 852 5,6 18 40 120 1,1 2
Gambar 2 Hubungan tekanan dan densitas [4]
Gambar 3 Hubungan tekanan dan laju pembakaran [4]
Untuk menghasilkan biobriket yang baik memerlukan alat pengepres yang baik sehingga kadar air dalam biobriket sedikit, sehingga  biobriket  yang  yang  dihasilkan  dapat  dibakar  dengan efektif.  Tidak  hanya  demikian  biobriket  bukan  berarti  tidak membutuhkan  kandungan  air  didalamnya.  Biobriket  juga  perlu memiliki  kandungan  air  guna  membantu  proses  pencampuran dengan  bahan  perekat  lain  seperti  kanji  agar  menempel  dengan baik.  Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  dilakukan  dihasilkan kesimpulan  bahwa  apabila  sampah  organik  diberikan  tekanan sebesar  11334,98  N/m 2 maka  kandungan  air  akan  berkurang sebanyak  46%  dari  volume  total  sampah.  Sehingga  air  yang terkandung dari kurang lebih 70% tereduksi menjadi 24%.
B. Screw Press
Screw  press adalah  alat  yang  digunakan  untuk  menekan material (sampah rumah tangga) berbentuk halus atau bubur yang dimasukkan  ke  dalam  kontainer. Screw  press terdiri  dari  poros yang  terpasang screw yang  beputar  dalam through dan  unit penggerak. Pada saat screw press berputar, material dimasukkan melalui hopper ke screw yang bergerak maju akibat daya dorong ( thrust ) screw. Screw biasanya dibuat dari lembaran baja 4–8 mm yang dipilin mengelilingi suatu sumbu sehingga bentuknya mirip sekrup  yang  biasa  disebut flight . Flight yang  digunakan  pada mesin screw  press ini  adalah helicoid  flight ,  bentuknya  seperti pita  panjang  yang  berpilin  mengelilingi  suatu  poros.  Untuk membentuk  suatu screw,  flight-flight ini  disatukan  dengan  cara dilas tepat pada poros yang bersesuaian dengan pilinan berikutnya seperti Gambar 4 berikut ini.
Gambar 4 Helicoid flight
Screw  press mudah  dalam  hal  perencanaan, maintenance, dimensi  kecil  dan  dapat  mengeluarkan  material  pada  beberapa titik  yang  dikehendaki. Screw  press digunakan  untuk  material yang  berdebu  ( dusty ),  material  bau  dan  material  menjijikkan ( obnoxious odour ) digunakan continuous screw seperti Gambar 5 berikut.
Gambar 5 Continous screw [5] 1. Perhitungan Screw Press Gambar 6 Keterangan screw press
Kapasitas screw  press tergantung  pada  diameter screw, screw  pitch ,  kecepatan  dan  efisiensi  pembebanan screw . Kapasitas per jam screw press [5] yaitu :
Q = V . γ = 60 . D. S . n . ψ . γ . C (1)
Keterangan : V  = kapasitas (m 3 /jam) γ  = berat curah bahan (ton/m 3 )
C  = faktor koreksi karena inklinasi conveyor β  = 0°  5° 10° 15° 20° C  = 1  0,9 0,8 0,7 0,65 D  = diameter screw (mm)
S  = screw pitch (mm) Ψ  = loading efficiency = 0,125 untuk aliran lambat, material abrasive
= 0,25 untuk aliran lambat, material sedikit abrasive = 0,32 untuk aliran bebas mengalir, material sedikit abrasive
= 0,4 untuk aliran bebas mengalir, material tidak abrasive
Kecepatan  putar screw tergantung  pada  kapasitas  yang diperlukan,  diameter screw dan  sifat  bahan  yang  akan dipindahkan.  Kecepatan  minimum  dan  maksimum screw sebagaimana ditunjukan pada Tabel 2 berikut.
T ABEL II KECEPATAN PUTAR MINIMUM DAN MAKSIMUM SCREW [5] Ø screw (mm) 100 120 150 200 250 300  400  500  600 n (rpm)
Min 25 25 23,6 23,6  23,6 19 19 19 15 Max 200 200 150 150 118 118 95 95 75 2. Daya yang diperlukan poros screw [5]
𝑁 𝑜 = 𝑄 ×𝐿×𝑤 𝑜 367 (2)
Keterangan : No = daya motor (kW)
Q  = kapasitas (ton/jam)
L  = panjang conveyor (mm) w o = faktor gesek
T ABEL III
NILAI FAKTOR GESEK TERHADAP MATERIAL [5] No Material w o
1 Anthracite , batubara, coklat kering, nut cool , garam, batu 2,5 2 Gypsum, lumpy, fine dry, clay, calcium carbonate, foundry sand, sulfur, semen, abu, lime , pasir butir 4,0
3. Torsi poros yang berputar [5]
𝑀 𝑜 = 102𝑁 𝑜 𝜔 ̅ = 102×60𝑁 𝑜 2𝜋𝑛 = 975 𝑁 𝑜 𝑛 (3)
Keterangan : M o = torsi (kg.m) N o = daya motor yang diperlukan (kW) ϖ  = faktor gesek
4. Laju sembur (propulsion) material [5]
𝑣 = 𝑆 𝑛 60 (4)
Keterangan: v  = laju sembur (m/det) S  = screw pitch (S= 0,8 D) n  = putaran poros screw (rpm)

## 5. Berat material per satuan panjang [5]
𝑞 = 𝑄 3,6𝑣 (5)
Keterangan : q  = berat material tiap satuan panjang screw conveyor (kg/m) Q  = kapasitas (ton/jam) v  = laju sembur material (m/det)
6. Gaya aksial pada screw [5]
𝑃 = 𝑞 × 𝐿 × 𝑓 𝑜 (6)
Keterangan : P = gaya aksial pada screw (kg) q = berat material tiap satuan panjang screw conveyor (kg/m)
f o = faktor gesek
7. Tegangan geser yang diizinkan [5]
𝜏  = 𝜎𝑏 𝑠𝑓 1 ×𝑠𝑓 2 (7)
Keterangan : τ  = tegangan geser yang diizinkan (kg/mm 2 ) σb = tegangan bengkok (kg/mm 2 ) sf = safety factor
8. Diameter poros screw [5]
𝑑 𝑠 = [ 5,1 𝜏 𝑎 √(𝐾 𝑚 × 𝑀 𝑚𝑎𝑘𝑠 ) 2 + √(𝐾 𝑡 × 𝑇 2 ) 2 ] 1/3 (8)
Keterangan : ds = diameter poros (mm) τ a = tegangan geser yang diizinkan (kg/mm 2 ) K m = faktor koreksi lenturan M maks = momen maksimum (kg.mm) K t = faktor koreksi puntiran T 2 = torsi maksimum (kg.mm)
9. Defleksi Puntiran [6]
𝜃  =  584 𝑇×𝐿 𝐺×𝑑 𝑠 4 (9)
Keterangan : θ  = defleksi puntir ( o ) T  = torsi maksimum (kg.mm)
L  = panjang poros (mm) G  = modulus elastis geser (kg/mm 2 ) d s = diameter poros (mm)

## 10. Tegangan Geser [6]
𝜏  = 5,1𝑇 𝑑 𝑠 4 (10)
Keterangan: τ  = tegangan geser (kg/mm 2 ) T  = torsi maksimum (kg.mm)
d s = diameter poros (mm) T ABEL IV FAKTOR KOREKSI LENTURAN DAN PUNTIRAN [5]
No.
Jenis Pembebanan K m K t 1  Beban Tetap/ Halus 1,5 1 2  Beban Tumbukan Ringan/ Sedikit Kejutan 1,5 - 2 1 - 1,5 3  Beban Permukaan Berat/ Tumbukan Besar 2 - 3 1,5 - 3

## C.   Bahan-Bahan
Alat dan bahan yang dibutuhkan untuk memproduksi mesin pengglasir genteng adalah sebagai berikut.
1. Bahan-Bahan yang Memerlukan Proses Permesinan
Kebutuhan  bahan-bahan  yang dibutuhkan untuk  membuat rancang  bangun  mesin  pengepres  sampah  yaitu  terlihat  pada Tabel 5 berikut ini.
T ABEL V
BAHAN-BAHAN YANG MEMERLUKAN PROSES PERMESINAN
No Nama Komponen Spesifikasi Jumlah 1 Mild steel UNP 80 GM untuk rangka P = 6000 mm; l = 80 mm; t = 4 mm
2 batang 2 Mild steel shaffing bar SS 304; p = 215 mm; d = 152 mm; t = 7,5 mm
1 buah
3 Mild steel plate 10 mm untuk container outlet ST 37; p = 3000 mm; l = 10 mm; t = 10 mm 7 batang 4 Mild steel plate 10 mm
untuk screw , pengatur outlet ,
dudukan container dan dudukan bantalan ST 37; p = 240 mm; l = 240 mm; t = 10 mm 15 lembar
5 Mild steel plate 2 mm untuk hopper, rumah outlet , saluran air dan saluran outlet ST 37; p = 280 mm;
l = 210 mm; t = 2 mm 7 lembar
2. Bahan yang Siap Dipasang Bahan  yang  Siap  Dipasang  yang  dibutuhkan  pada  proses pembuatan  rancang  bangun  mesin  pengepres  sampah  yaitu terlihat pada Tabel 6 berikut ini.
T ABEL VI BAHAN-BAHAN YANG MEMERLUKAN PROSES PERMESINAN No Nama Komponen Spesifikasi Jumlah 1  Motor Listrik Sega 1  phasa,  1,  5  HP, 1420 rpm 1 unit 2 Gearbox Toyo Rasio 1:50 1 unit 3 Pillow block UCP 2 buah 4  Poros screw press S54C; p =1000 mm; d =50 mm 1 buah 5 Shaft untuk Bos S54C; p = 70 mm; d = 50 mm 1 buah
ST  37;  p  =250  mm; 2 buah
d =16 mm 7  Baut M 6 2 buah M 14 16 buah M 16 8 buah

## II. METODE PENELITIAN
Metode  rancang  bangun  yang  digunakan  terlihat  pada Gambar 7 berikut ini.
Studi Pendahuluan Observasi Lapangan Observasi Pasar Studi Literatur Draf Desain Uji Ahli Desain Mesin Pembuatan Komponen Perakitan
Pembelian Komponen
Mesin yang Siap di Uji Coba Uji Coba Mesin Mesin Pengepres Sampah Ya Tidak Tidak Ya Gambar 7 Flowchart rancang bangun mesin pengglasir
Proses  rancang  bangun  mesin  pengepres  sampah  dimulai studi pendahuluan yang mengobservasi lapangan dan pasar serta studi literatur melalui berbagai buku dan sumber bacaan lainnya. Setelah melalui proses tersebut, didapatkanlah desain awal untuk proses  pengglasiran  genteng  yang  dikonsultasikan  pada pemangku  kepentingan  baik  kepada  pihak  pengrajin  dan  ahli perancangan. Selanjutnya mesin diproduksi dan diuji coba hingga hasilnya sesuai harapan.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Hasil  penelitian  ini  didapatkan  produk  berupa  mesin pengepres sampah yang terlihat pada Gambar 8-9 berikut ini.
Gambar 8 Desain mesin pengepres sampah
Keterangan: 1. Motor Listrik
2. Gearbox 3. Container
4. Penyangga
5. Hopper 6. Screw Press 7.   Saluran Air 8.   Rumah Outlet 9.   Pengatur Outlet 10. Bantalan 11. Saluran Outlet 12. Rangka
Pengepresan  sampah  dilakukan  dengan  menggunakan screw  press . Screw  press tersebut  diputar  menggunakan  motor dengan connector poros.  Motor  yang  berputar  akan  mengepres secara konstan dan terus-menerus sehingga sampah rumah tangga tertekan  dengan  baik.  Bahan  sampah  rumah  tangga  dengan kandungan  kadar  air  yang  tinggi  dimasukan  melalui hoper . Sampah rumah tangga masuk ke dalam screw press , pengepresan berlangsung  dengan  bantuan  motor  yang  kecepatannya  diatur oleh gear box . Kadar air sampah rumah tangga hasil pengepresan menjadi  kecil.  Bahan  sampah  inilah  yang  kemudian  dijadikan bahan untuk pembuatan biobriket.

## IV. KESIIMPULAN
Berdasarkan  hasil  rancang  bangun  yang  telah  dilakukan untuk  memecahkan  permasalahan  proses  pengepresan  sampah, maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu mesin pengepres sampah  mampu  mengatasi kesulitan  yang dihadapi pada proses pengepresan sampah rumah tangga; dan efektivitas dan efisiensi proses pengepresan sampah sudah mampu dilakukan dengan baik dengan kapasitas 250 kg/jam.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] Kastaman,  Roni  dan  Moetangad  Ade,  Perancangan Reaktor  Sampah  Terpadu  dan  Pengembangan  Mikroba Penghilang  Bau  Sampah  dalam  Rangka  Mengatasi Masalah  Sampah  di  Perkotaan,    Jurnal  Agrikultur, 2006, Vol. 17 No. 3.
[2] Supriatna, Ade, Analisis Alternatif Pengolahan Sampah,  Skripsi  pada  Fakultas  Teknik  Universitas Indonesia: tidak diterbitkan, 2007.
[3] Nurwigha,  Rathi  dan  Ferdian,  Tri,  Prospek  Biobriket dari  Limbah  Kulit  dan  Ampas  Aren  sebagai  Bahan Bakar Alternatif, Makalah Program Kegiatan Mahasiswa  Gagasan  Tertulis  (PKM-GT)  IPB,  Bogor, 2011.
[4] S,  Yusi  Stephanie,  Lo,  Diana  dan  Dwiyani,  Hanifah, Potensi  Limbah  Kulit  Singkong  dalam  Produksi Biobriket  sebagai  Solusi  Permasalahan  `Kelangkaan Energi  Di  Indonesia,  Makalah  Program  Kegiatan Mahasiswa  Gagasan  Tertulis  (PKM-GT)  IPB,  Bogor, 2009.
[5] Zainuri, M, Mesin Pemindah Bahan (Material Handling Equipment, Yogyakarta: CV. Andi Offset, 2006.
[6] Sularso  dan  Suga,  Kiyokatsu,    Dasar  Perencanaan  dan Pemilihan  Elemen  Mesin.  Jakarta:  Pradnya  Paramita, 1977.